铝合金因其密度小、易成型等特点,被广泛应用于各工业领域,但铝合金耐磨性差、硬度低,在很大程度上限制了其应用范围。对铝合金进行表面强化处理可提高材料表面的硬度和改善耐磨性,电子束表面处理技术是有效方法之一。　　本研究是在传热学的基础上,结合电子束扫描表面处理的实际情况,建立了有限元仿真模型;分析了电子束扫描表面处理的加热与冷却过程中的温度场的分布规律;通过有限元仿真获得熔池的几何形状与大小;讨论了电子束工艺参数对熔池大小及温度场的影响规律。在传热学与流体动力学的基础上,建立了电子束扫描表面处理熔池流场的仿真模型;研究了熔化过程中液态金属的流动规律和流动过程中温度场的分布规律;讨论了电子束工艺参数对考虑流动因素时的流场与温度场的影响规律。利用HDZ-3型号的电子束焊机对6061铝合金进行电子束扫描表面处理,扫描方式为直线扫描,利用金相显微镜和显微硬度测试机,分析了硬化层的组织和性能;讨论了电子束工艺参数对硬化层组织和性能的影响规律。有限元仿真方法获得的电子束工艺参数以6061铝合金为基材进行实验,分析了扫描处理硬化层的组织和性能,验证温度场仿真模型的合理性。结果表明:电子束表面处理过程中温度场及熔池流场的分布是一个瞬态过程,熔化区域的界线呈抛物线状;熔池的深度为1.72 mm,宽度为4.07 mm。在电子束表面处理过程中,试样的表面温度分布均匀,试样横截面处的温度分布由表及里呈梯度分布,最高温度在束斑中心作用区域,大小为1024℃。在试样冷却过程中,经冷却5 s后,试样的整体温度升高,其均值约为535℃,冷却速度可达到85.16℃/s。电子束束斑作用区域内流体的流向与束斑区域外的流向不同。在束斑作用区域内,液态金属由束斑中心(熔池中心)的高温区域沿试样厚度方向向下流,将熔池上部分的热量带到了熔池底部,加速了熔池底部金属的熔化,然后从熔池底部沿熔池的界线向熔池顶部流动。在束斑中心处液态金属流速最大(0.28m/s),在熔池底部流速最小(0.11 m/s)。在其他工艺参数不变的情况下,温度场的最高温度、熔池内的最大流速及熔池深度、宽度均随着下束时间 t和加速电压 U的增加呈非线性增加,随着束斑直径d的增加呈非线性减小,且束斑直径的增加对熔池宽度方向的影响较大;随着表面张力系数的增加,熔池内流体的流动速度增加,温度场的最大值在减小;通过改变表面张力系数的值分析流体流动对温度场的影响,考虑流动因数时温度场的最高温度为820℃,不考虑流体流动时的最高温度为1024℃,得出熔池内液态金属的流动对试样的温度分布有较大影响。利用电子束焊机对6061铝合金进行电子束扫描处理,所得到的熔池形状呈月牙状,熔池的深度为1.81 mm,宽度为4.22 mm,与仿真结果接近,两者吻合较好,说明所建模型可行。利用实验方法研究了电子束加速电压和束斑直径对熔池宽度和深度的影响规律,实验结果与仿真结果相近。　　本研究工作为电子束表面处理的进一步研究提供了一定的参考依据,具有一定的指导意义。